JP2005028137A - Centrifugal liquid pump device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遠心式液体ポンプ装置に関し、特に、血液などの医療用液体を送液するための遠心式液体ポンプ装置に関する。 The present invention relates to a centrifugal liquid pump device, and more particularly to a centrifugal liquid pump device for feeding a medical liquid such as blood.
最近の医療では、人工心肺装置における体外血液循環に遠心式血液ポンプを使用する例が増加している。遠心式ポンプとしては、外部とポンプ内の血液室との物理的な連通を完全に排除し、細菌などの侵入を防止できることにより、外部モータからの駆動トルクを、磁気結合を用いてインペラへ伝達する方式のものが用いられている。このような遠心式血液ポンプは、血液流入ポートおよび血液流出ポートを有するハウジングと、ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有している。また、インペラは、内部に設けられた永久磁石を吸引するための磁石を備えるロータおよびこのロータを回転させるモータを備えた回転トルク発生機構により回転される。また、インペラは、ロータと反対側にも磁力により吸引されており、ハウジングに対して非接触状態にて回転する。この状態を磁気浮上状態と呼んでいる。 In recent medical treatments, an example in which a centrifugal blood pump is used for extracorporeal blood circulation in an oxygenator is increasing. As a centrifugal pump, the physical communication between the outside and the blood chamber in the pump is completely eliminated, and invasion of bacteria and the like can be prevented, so that the driving torque from the external motor is transmitted to the impeller using magnetic coupling. The system of the method to be used is used. Such a centrifugal blood pump has a housing having a blood inflow port and a blood outflow port, and an impeller that rotates within the housing and feeds blood by centrifugal force during rotation. The impeller is rotated by a rotational torque generating mechanism including a rotor including a magnet for attracting a permanent magnet provided therein and a motor for rotating the rotor. The impeller is also attracted by the magnetic force on the side opposite to the rotor, and rotates in a non-contact state with respect to the housing. This state is called a magnetic levitation state.
しかしながら、従来の磁気軸受による遠心ポンプでは、磁気軸受の制御系に故障すなわち不調が発生した場合、インペラを回転してポンプ機能を維持することができなかった。
この磁気浮上型遠心ポンプは、3つのインペラ位置センサと、3つのインペラ吸引用電磁石を備えている。遠心ポンプにおける磁気軸受の制御は、インペラ位置センサの情報によって電磁石へ供給される電流を制御することにより、インペラの位置を制御している。したがって、この制御系を構成するデバイスが故障した場合、例えば、位置センサ用のケーブル、電磁石用のケーブルが断線した場合、制御系に故障が生じ、正しい制御ができなくなる。そのため、このような状況下において、磁気浮上状態における磁気軸受によるインペラの回転は困難となる。
However, in a centrifugal pump using a conventional magnetic bearing, when a failure, that is, malfunction occurs in the control system of the magnetic bearing, the impeller cannot be rotated to maintain the pump function.
This magnetic levitation type centrifugal pump includes three impeller position sensors and three impeller suction electromagnets. In the control of the magnetic bearing in the centrifugal pump, the position of the impeller is controlled by controlling the current supplied to the electromagnet according to the information of the impeller position sensor. Therefore, when a device constituting this control system fails, for example, when a position sensor cable or an electromagnet cable is disconnected, the control system fails and correct control cannot be performed. Therefore, under such circumstances, it becomes difficult to rotate the impeller by the magnetic bearing in the magnetic levitation state.
本発明の目的は、磁気軸受の制御機構に故障すなわち不調が生じた場合に、動圧軸受によって発生した圧力によってインペラとハウジングの内面とを実質的に非接触状態でインペラを回転させ、それによって、液体の送液を維持することのできる遠心式液体ポンプを提供することである。 The object of the present invention is to rotate the impeller in a substantially non-contact state between the impeller and the inner surface of the housing by the pressure generated by the hydrodynamic bearing when the control mechanism of the magnetic bearing is broken or malfunctioned, thereby Another object of the present invention is to provide a centrifugal liquid pump capable of maintaining liquid feeding.
上記目的を達成するものは、以下のものである。
(1) インペラがハウジングと接触することなく回転するポンプ本体と、前記ポンプ本体の制御機構とを有する遠心式液体ポンプ装置であって、
前記ポンプ本体は、液体流入ポートおよび液体流出ポートを有する前記ハウジングと、第1の磁性体および第2の磁性体を有し、かつ前記ハウジング内で回転して回転時に発生する遠心力によって液体を送液する前記インペラを有する遠心ポンプ部と、前記インペラの前記第1の磁性体を吸引する磁石を有するロータと前記ロータを回転するためのモータを有するインペラ回転トルク発生部と、前記インペラの前記第2の磁性体を吸引するための電磁石を有するインペラ位置制御部と、前記インペラの位置を検出するための位置センサと、前記ハウジングの前記ロータ側の内面、または、前記インペラの前記ロータ側の面に設けられた動圧軸受手段とを有し、
前記制御機構は、位置センサ出力モニタリング機能または電磁石電流モニタリング機能と、モータ電流モニタリング機能と、前記位置センサ出力モニタリング機能を使用して前記センサの故障を判断するための、または、前記電磁石電流モニタリング機能を使用して前記電磁石の故障を判断するための故障検出機能と、前記故障検出機能が前記センサの故障を検出したとき、または前記電磁石の故障を検出したとき、前記動圧軸受手段を使用して前記インペラと前記ハウジングとが実質的に接触することなく前記インペラを回転するように作用する非常用インペラ回転機能とを有し、
前記非常用インペラ回転機能は、前記故障検出機能が故障を検出したとき、前記モータおよび前記電磁石への電力の供給を停止し、前記ロータおよび前記インペラの回転を停止させる回転停止機能と、前記磁石によって発生する前記ロータの前記インペラに対する前記磁気結合力に打ち勝つのに十分な大きさの電流を前記電磁石に供給するインペラ磁気吸引力付与機能と、前記モータ電流モニタリング機能によってモニタされたモータ電流を利用して、動圧軸受結合を検出し、それによって動圧軸受状況下における前記インペラおよび前記ロータの磁気回転結合を検出する動圧浮上制御検出機能と、前記動圧浮上制御検出機能が、前記インペラおよび前記ロータ間に前記動圧軸受結合が形成されたことを検出した後、前記モータ速度を上げ、それによって前記インペラ回転速度を所定値まで上げるためのモータ速度制御機能と、前記インペラ回転速度が前記所定値に達したときに、前記電磁石に対する電流の供給を停止するインペラ磁気吸引力停止機能とを有する遠心式液体ポンプ装置。
What achieves the above object is as follows.
(1) A centrifugal liquid pump device having a pump body in which an impeller rotates without contacting a housing, and a control mechanism for the pump body,
The pump body includes the housing having a liquid inflow port and a liquid outflow port, a first magnetic body, and a second magnetic body, and rotates the liquid in the housing by centrifugal force generated during rotation. A centrifugal pump unit having the impeller for feeding liquid, a rotor having a magnet for attracting the first magnetic body of the impeller, an impeller rotational torque generating unit having a motor for rotating the rotor, and the impeller An impeller position control unit having an electromagnet for attracting the second magnetic body, a position sensor for detecting the position of the impeller, an inner surface of the housing on the rotor side, or the rotor side of the impeller Hydrodynamic bearing means provided on the surface,
The control mechanism uses a position sensor output monitoring function or an electromagnetic current monitoring function, a motor current monitoring function, and the position sensor output monitoring function to determine a failure of the sensor, or the electromagnetic current monitoring function. A failure detection function for determining a failure of the electromagnet using the dynamic pressure bearing means when the failure detection function detects a failure of the sensor or when the failure detection function detects a failure of the electromagnet. An impeller rotating function for emergency that acts to rotate the impeller without substantial contact between the impeller and the housing,
The emergency impeller rotation function includes: a rotation stop function that stops supply of power to the motor and the electromagnet and stops rotation of the rotor and the impeller when the failure detection function detects a failure; and the magnet The impeller magnetic attraction force applying function that supplies the electromagnet with a current large enough to overcome the magnetic coupling force of the rotor generated by the impeller and the motor current monitored by the motor current monitoring function is used. Then, the dynamic pressure levitation control detection function for detecting the dynamic pressure bearing coupling and thereby detecting the magnetic rotation coupling of the impeller and the rotor under the dynamic pressure bearing condition, and the dynamic pressure levitation control detection function include the impeller And detecting that the hydrodynamic bearing coupling is formed between the rotors, and increasing the motor speed, Accordingly, a motor speed control function for increasing the impeller rotational speed to a predetermined value, and an impeller magnetic attractive force stop function for stopping the supply of current to the electromagnet when the impeller rotational speed reaches the predetermined value. A centrifugal liquid pump apparatus.
(2) 前記制御機構は、前記位置センサ出力モニタリング機能および前記電磁石電流モニタリング機能を有し、前記故障検出機能は、前記センサの故障および前記電磁石の故障を判断することができるものである上記(1)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
(3) 前記遠心式液体ポンプ装置は、前記センサ用のセンサ回路を有し、前記センサ回路は、前記位置センサが断線したとき、通常レベルを超える所定値の出力を発生する機能を有し、前記故障検出機能は、前記センサ出力モニタリング機能によってモニタされた前記センサの出力に基づいて、前記センサが故障か否かを判断するものである上記(1)または(2)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
(2) The control mechanism has the position sensor output monitoring function and the electromagnet current monitoring function, and the failure detection function is capable of determining a failure of the sensor and a failure of the electromagnet. A centrifugal liquid pump device according to 1).
(3) The centrifugal liquid pump device includes a sensor circuit for the sensor, and the sensor circuit has a function of generating an output having a predetermined value exceeding a normal level when the position sensor is disconnected. The centrifugal liquid according to (1) or (2), wherein the failure detection function determines whether or not the sensor is in failure based on the output of the sensor monitored by the sensor output monitoring function. Pump device.
(4) 前記遠心式液体ポンプ装置は、前記電磁石用回路を有し、前記電磁石用回路は、前記電磁石が断線したとき不通となり、また、前記故障検出機能は、前記電磁石電流モニタリング機能が、前記電磁石回路に電流が流れていないと判断したとき、前記電磁石が故障であると判断するものである上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
(5) 前記故障検出機能が故障を検出したとき、前記非常用インペラ回転機能は、前記ロータの前記磁石および前記インペラ間の磁気結合力と、前記電磁石によって生じた前記吸引とを釣り合わせて、前記インペラを回転させるものである上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
(4) The centrifugal liquid pump device includes the electromagnet circuit, the electromagnet circuit is disconnected when the electromagnet is disconnected, and the failure detection function includes the electromagnet current monitoring function, The centrifugal liquid pump device according to any one of (1) to (3), wherein when it is determined that no current is flowing in the electromagnet circuit, the electromagnet is determined to be faulty.
(5) When the failure detection function detects a failure, the emergency impeller rotation function balances the magnetic coupling force between the magnet and the impeller of the rotor and the attraction generated by the electromagnet, The centrifugal liquid pump device according to any one of (1) to (4), wherein the impeller is rotated.
(6) 前記動圧軸受手段は、前記ハウジングの前記ロータ側の内面に設けられた少なくとも1つの溝を有するものである上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
(7) 前記動圧軸受手段は、前記インペラの前記ロータ側の面に設けられた少なくとも1つの溝を有するものである上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
(8) 前記動圧軸受手段は、前記インペラの前記ロータ側の面に設けられた複数の段差を有するものである上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
(9) 前記インペラ磁気吸引力付与機能は、前記電磁石に第1の継続電流を印加して吸引を形成し、前記モータに所定電圧を印加して前記インペラの回転を試行するものである上記(1)ないし(8)のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
(10) 前記インペラ磁気吸引力付与機能は、前記第1の試行の後で、前記モータが前記インペラの回転に失敗したとき、さらに、前記電磁石に第2の継続電流を印加して前記吸引力を形成しかつ前記所定電圧を前記モータに印加して前記インペラの回転を試行するものであり、前記第2の継続電流は、前記第2の継続電流によって形成された前記吸引力が前記第1の継続電流によって形成された前記吸引力よりも大きくなるように、前記第2の継続電流は前記第1の継続電流よりも大きいものである上記(9)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
(6) The centrifugal liquid pump device according to any one of (1) to (5), wherein the dynamic pressure bearing means has at least one groove provided on an inner surface of the housing on the rotor side. .
(7) The centrifugal liquid pump device according to any one of (1) to (5), wherein the dynamic pressure bearing means has at least one groove provided on a surface of the impeller on the rotor side. .
(8) The centrifugal liquid pump device according to any one of (1) to (5), wherein the dynamic pressure bearing means has a plurality of steps provided on a surface of the impeller on the rotor side.
(9) The impeller magnetic attraction force applying function is to apply a first continuous current to the electromagnet to form attraction, and to apply a predetermined voltage to the motor to try to rotate the impeller. The centrifugal liquid pump device according to any one of 1) to (8).
(10) The impeller magnetic attractive force imparting function may further include applying a second continuous current to the electromagnet when the motor fails to rotate the impeller after the first trial. And the predetermined voltage is applied to the motor to try to rotate the impeller. The second continuous current is obtained by the attraction force formed by the second continuous current. The centrifugal liquid pump device according to (9), wherein the second continuous current is larger than the first continuous current so as to be greater than the suction force formed by the continuous current.
(11) 前記第2の継続電流は、所定の段階値だけ前記第1の持続電流よりも大きいものである上記(10)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
(12) 前記インペラ磁気吸引力付与機能は、前記第1の試行および前記第2の試行後に、前記モータが前記インペラの回転に失敗したとき、さらに、前記電磁石に増加継続電流を印加して前記吸引力を形成し、前記モータに前記所定電圧を印加することによって前記インペラを回転することを繰り返し、前記増加継続電流は、前記インペラが回転するか、または、前記増加継続電流が所定最大値に達するまで、前記所定段階ずつ増加することを繰り返すものである上記(11)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
(11) The centrifugal liquid pump device according to (10), wherein the second continuous current is larger than the first continuous current by a predetermined step value.
(12) The impeller magnetic attractive force imparting function may further include applying an increased continuous current to the electromagnet when the motor fails to rotate the impeller after the first trial and the second trial. The attraction force is formed, and the impeller is repeatedly rotated by applying the predetermined voltage to the motor. The increased continuous current is obtained by rotating the impeller or the increased continuous current reaches a predetermined maximum value. The centrifugal liquid pump device according to (11), wherein the increase is repeated by the predetermined step until reaching.
(13) 前記第1の継続電流は、パルス幅変調制御の10%の時間デューティサイクルに対応している電流である上記(12)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
(14) 前記所定段階値は、1%である上記(12)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
(15) 前記増加継続電流の前記所定最大値は、時間で約20%である上記(12)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
(16) 前記ポンプ本体は、前記電磁石を複数備え、前記電磁石電流モニタリング機能は、前記複数の電磁石の電流をモニタリングするものであり、そして、故障検出機能は、少なくとも前記電磁石の故障を判断するものであり、前記非常用インペラ回転機能における前記インペラ磁気吸引力付与機能は、前記複数の電磁石のうち故障していない電磁石を用いて行うものである上記(1)ないし(15)のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
(13) The centrifugal liquid pump device according to (12), wherein the first continuous current is a current corresponding to a time duty cycle of 10% of pulse width modulation control.
(14) The centrifugal liquid pump device according to (12), wherein the predetermined step value is 1%.
(15) The centrifugal liquid pump device according to (12), wherein the predetermined maximum value of the increased continuous current is about 20% in time.
(16) The pump body includes a plurality of the electromagnets, the electromagnet current monitoring function monitors currents of the electromagnets, and the failure detection function determines at least a failure of the electromagnets. The impeller magnetic attractive force imparting function in the emergency impeller rotating function is performed using an electromagnet that is not out of the plurality of electromagnets, and is any one of (1) to (15). Centrifugal liquid pump device.
本発明の遠心式液体ポンプ装置によれば、磁気軸受の制御系を構成する位置センサあるいは電磁石にトラブルが発生し、故障あるいは他の不調を起こしたとき、磁気軸受によるインペラの回転から動圧軸受用溝によって発生した圧力を利用した回転へと移行することができる。よって、液体の送液を維持することができる。 According to the centrifugal liquid pump apparatus of the present invention, when a trouble occurs in the position sensor or the electromagnet constituting the control system of the magnetic bearing, and the trouble or other malfunction occurs, the dynamic pressure bearing starts from the rotation of the impeller by the magnetic bearing. It is possible to shift to rotation using the pressure generated by the groove. Therefore, liquid feeding can be maintained.
本発明による遠心式液体ポンプ装置の一実施例について添付図を参照して説明する。
本発明の遠心式液体ポンプ装置は、その全体が参照符号1によって示される。
遠心式液体ポンプ装置1は、ポンプ本体5と、ポンプ本体5の制御機構6とを備えており、ポンプ本体5の内部ではインペラ21がハウジング20と接触することなく回転する。
図2〜図6において、ポンプ本体5は、血液流入ポート22および血液流出ポート23を有するハウジング20と、内部に第1の磁性体25および第2の磁性体28を備え、ハウジング20内で回転し、回転時の遠心力によって液体を送液するインペラ21を有する遠心式液体ポンプ部2と、インペラ21の第1の磁性体25を吸引するための磁石33を備えるロータ31およびロータ31を回転させるためのモータ34を有するインペラ回転トルク発生部3と、インペラ21を吸引するための電磁石41(インペラ21の第2の磁性体28を吸引するための電磁石)、インペラ21の位置を検出するための位置センサ42(インペラ21の第2の磁性体28の位置を検出するための位置センサ)、およびハウジング20のロータ31側の内面またはインペラ21のロータ31側の面に設けられた動圧軸受用溝38を有するインペラ位置制御部4とを備えている。
An embodiment of a centrifugal liquid pump device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The centrifugal liquid pump device of the present invention is indicated by
The centrifugal
2 to 6, the
制御機構6は、モータ電流モニタリング機能と、位置センサ出力モニタリング部(位置センサ出力モニタリング機能)56または電磁石電流モニタリング機能57と、故障検出機能とを備えている。故障検出機能は、位置センサ出力モニタリング機能を用いて位置センサ42の故障を判断する、あるいは電磁石電流モニタリング機能を用いて電磁石41の故障を判断する。
図1に示すように、制御機構6は、位置センサ出力モニタリング機能56と、電磁石電流モニタリング機能57と、モータ電流モニタリング機能と、位置センサ出力モニタリング機能56を用いて位置センサが故障か否か、および電磁石電流モニタリング機能57を用いて電磁石が故障か否かを決定する故障検出機能とを備えることが好ましい。
The
As shown in FIG. 1, the
遠心式液体ポンプ装置1は、故障検出機能によりセンサ故障検出時もしくは電磁石故障検出時に作動し、動圧軸受用溝38を利用してインペラ21をハウジング20に対して実質的に非接触状態で回転させる非常用インペラ回転機能を備えている。
非常用インペラ回転機能は、回転停止機能、インペラ磁気吸引力付与機能、動圧浮上制御検出機能、モータ速度制御機能、およびインペラ磁気吸引力停止機能を備えている。回転停止機能は、故障検出機能が故障を検出し、ロータ31とインペラ21の回転を停止したとき、モータと電磁石41への電流の供給を停止する。インペラ磁気吸引力付与機能は、永久磁石によって生じるロータ31のインペラ21への磁気吸引力に対して打ち勝つのに十分な電流を電磁石41に供給する。動圧浮上停止制御機能は、モータ電流モニタリング機能によってモニタされたモータ電流を用いて、インペラとロータ間に動圧軸受結合が生じたこと、および、インペラが回転していること、すなわち、動圧軸受状態下において磁気回転結合が生じていることを検出する。モータ速度制御機能は、動圧浮上制御検出機能がインペラとロータ間に動圧軸受結合が生じたことを検出した後、モータ速度を上げてインペラの回転速度を(例えば、徐々に、すなわち、連続的にまたは段階的に)所定値まで上げる。インペラ磁気吸引力停止機能は、インペラの回転速度が所定値になったら、電磁石41への電流の供給を停止する。
The centrifugal
The emergency impeller rotation function includes a rotation stop function, an impeller magnetic attractive force application function, a dynamic pressure levitation control detection function, a motor speed control function, and an impeller magnetic attractive force stop function. The rotation stop function stops the supply of current to the motor and the
すなわち、本発明の遠心式液体ポンプ装置1は、センサ又は電磁石の故障時に磁気軸受によるインペラの非接触(磁気的)回転結合から、圧力を発生する動圧軸受、すなわち、溝によるインペラの非接触(磁気的)回転結合に移行する機能を備えている。
動圧軸受用溝によるインペラの回転においては、永久磁石33があるため、インペラとロータ間に作用する磁気吸引力と、この磁気吸引力の方向と反対方向に作用する動圧軸受用溝によって生じる圧力とが釣り合うことが必要である。そうするためには、インペラとロータの回転が必須である。したがって、磁気軸受の制御系が故障し、インペラとロータの磁気的浮上状態がなくなった場合、動圧浮上制御用の溝が加工してあるだけでは、永久磁石33によるインペラへのバランスしていない吸引によって生じる大きな吸引力とそれによる摩擦力のために、インペラの磁気軸受による回転から動圧軸受用溝による回転へ移行することができない。
That is, the centrifugal
In the rotation of the impeller by the dynamic pressure bearing groove, since there is the permanent magnet 33, it is generated by the magnetic attractive force acting between the impeller and the rotor and the dynamic pressure bearing groove acting in the direction opposite to the direction of the magnetic attractive force. It is necessary to balance the pressure. In order to do so, rotation of the impeller and the rotor is essential. Therefore, when the control system of the magnetic bearing breaks down and the impeller and the rotor are no longer in the magnetic levitation state, the imbalance of the permanent magnet 33 to the impeller is not achieved simply by machining the groove for controlling the dynamic pressure levitation. Due to the large attraction force generated by the attraction and the frictional force caused by the attraction, it is impossible to shift from the rotation by the magnetic bearing of the impeller to the rotation by the groove for the dynamic pressure bearing.
図1に示す位置センサ出力モニタリング機能56と、電磁石電流モニタリング機能57とを備え、センサおよび電磁石の故障を判断することの可能なタイプの遠心式液体ポンプ装置の一実施例について説明する。
図2〜図6に示すように、ポンプ本体5は、血液流入ポート22および血液流出ポート23を有するハウジング20と、ハウジング20内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラ21を有する遠心式液体ポンプ部2と、インペラ21のためのインペラ回転トルク発生部3と、インペラ21のためのインペラ位置制御部4と、を備えている。
An embodiment of a centrifugal liquid pump apparatus of the type having the position sensor
As shown in FIGS. 2 to 6, the
図4に示すように、インペラ21は、通常時、インペラ回転トルク発生部3およびインペラ位置制御部4の作用により、ハウジング20内の所定位置に保持され、ハウジング20内面に接触することなく回転する。
ハウジング20は、血液流入ポート22および血液流出ポート23を有し、非磁性材料により形成されている。ハウジング20内には、血液流入ポート22および血液流出ポート23と連通する血液室24が形成されている。このハウジング20内には、インペラ21も収容されている。血液流入ポート22は、ハウジング20の上面の中央付近からほぼ垂直に突出するように設けられている。図3および図5に示すように、血液流出ポート23は、ほぼ円筒状に形成されたハウジング20の側面から接線方向に突出するように設けられている。
As shown in FIG. 4, the
The
図5に示すように、ハウジング20内に形成された血液室24内には、中央に貫通口を有する円板状のインペラ21が収納されている。図4に示すように、好適な実施例のインペラ21は、下面を形成するドーナツ板状部材(下部シュラウド)27と、上面を形成する中央が開口したドーナツ板状部材(上部シュラウド)28と、両者間に形成された複数(例えば、7つ)のベーン18とを有する。そして、下部シュラウド27と上部シュラウド28の間には、隣り合うベーン18で仕切られた複数(例えば、7つ)の血液通路26が形成されている。図5に示すように、各血液通路26は、インペラ21の中央開口と連通し、インペラ21の中央開口を始端とし、外周縁まで徐々に幅が広がるように延びている。換言すれば、隣り合う血液通路26間にベーン18が形成されている。なお、本実施例では、それぞれの血液通路26およびそれぞれのベーン18は、等角度間隔にかつほぼ同じ形状に設けられている。
As shown in FIG. 5, a disc-
図4に示すように、インペラ21には、複数(例えば、24個)の第1の磁性体25(例えば、永久磁石、従動マグネット)が埋設されている。本実施例では、第1の磁性体25は、下部シュラウド27内に埋設されている。埋設された第1の磁性体25は、インペラ21を、後述するインペラ回転トルク発生部3のロータ31に設けられた永久磁石33により血液流入ポート22の反対側(換言すれば、ロータ31側)に吸引し、かつ回転トルクをインペラ回転トルク発生部3からインペラ21に伝達するために設けられている。
複数の第1の磁性体25をインペラ21に埋設することによって、インペラ21とロータ31間に、後述する磁気的浮上結合が確保される。第1の磁性体25(永久磁石)は、それぞれの横断面が円形であることが好ましい。しかしながら、多極(例えば、24極)のリング状磁石を使用することもできる。換言すれば、複数の小さな磁石を、陽極と陰極が交互に並ぶようにリング状に配置してもよい。
As shown in FIG. 4, a plurality of (for example, 24) first magnetic bodies 25 (for example, permanent magnets and driven magnets) are embedded in the
By embedding the plurality of first
また、インペラ21は、それ自体が上部シュラウドを構成する若しくは上部シュラウド内に設けられた、第2の磁性体28を備えている。本実施例では、上部シュラウドの全体が第2の磁性体28で形成されている。第2の磁性体28は、後述するインペラ位置制御部4の電磁石41がインペラ21を血液流入ポート22側に磁気的に吸引するように設けられている。第2の磁性体28は、磁性ステンレス鋼で形成されている。
インペラ位置制御部4およびインペラ回転トルク発生部3は、非接触磁気軸受を構成し、インペラ21を相反する方向から磁気的に吸引する。そのため、インペラ21は、ハウジング20の内面と接触しない適宜位置にて確実に保持され、ハウジング20内において、内面と非接触状態で回転する。
Further, the
The impeller position controller 4 and the impeller
図4に示すように、インペラ回転トルク発生部3は、ハウジング20に収容されたロータ31およびロータ31を回転させるためのモータ34を備えている。ロータ31は、遠心式液体ポンプ部2側の面に設けられた複数の永久磁石33を備えている。ロータ31の中心部は、モータ34の回転軸に固定されている。複数の永久磁石33は、インペラ21の永久磁石25の配置形態(数および配置位置)に対応するように等角度で配設されている。
インペラ回転トルク発生部3は、上述のロータおよびモータを備えるものに限られない。例えば、インペラ21の永久磁石25を吸引し、かつインペラ21を回転駆動させるものであれば、複数のステータコイルをインペラ回転トルク発生部3として使用することができる。
As shown in FIG. 4, the impeller rotational
The impeller rotational
図3および図4に示すように、インペラ位置制御部4は、ハウジング20に収容された、インペラ21の第2の磁性体28を吸引する複数の電磁石41と、インペラ21の第2の磁性体28の位置を検出する複数の位置センサ42とを備えている。電磁石41(3個)および位置センサ42(3個)は、それぞれが等角度間隔にて設けられており、電磁石41と位置センサ42も等角度間隔にて設けられている。電磁石41は、鉄心とコイルからなる。電磁石41は、本実施例では、3個設けられているが、他の個数、例えば、4個設けられてもよい。これらの電磁石41の電磁力を位置センサ42の検出結果を用いて調整することにより、インペラ21の回転軸(z軸)方向の力を釣り合わせ、かつ回転軸(z軸)に直交するx軸およびy軸回りのモーメントを制御することができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the impeller position control unit 4 includes a plurality of
位置センサ42は、電磁石41と第2の磁性体28との隙間の間隔を検出する。この検出結果を示す位置センサ42の出力は、電磁石41のコイルに与えられる電流(以下、電磁石電流という)または電圧を制御する制御機構6の制御部51に送られる。また、インペラ21に重力などの半径方向の力が作用しても、インペラ21の永久磁石25とロータ31の永久磁石33との間の磁束の復元力および電磁石41と第2の磁性体28との間の磁束の復元力が作用するため、インペラ21はハウジング20の中心に保持される。
The
図6に示すように、本実施例の遠心式液体ポンプ装置1では、ハウジング20は、インペラ21を収容するとともに、ハウジング20のロータ21側の内面20aに設けられた動圧軸受用溝38を備えており、ハウジング内面20aは血液室24を形成している。故障すなわち不調により磁気軸受の作用が停止した時(換言すれば、電磁石の作動が停止し、磁気浮上状態が喪失した時)、インペラ21は、上述のように、所定回転数以上の回転が保持されると、動圧軸受用溝38とインペラ21間に動圧浮上効果が発生し、ハウジング20の内面に対して非接触状態にて回転する。
As shown in FIG. 6, in the centrifugal
図6に示すように、動圧軸受用溝38は、インペラ21の底面(ロータ側の面)に対応する大きさに形成されている。本実施例の遠心式液体ポンプ装置1では、動圧軸受用溝38は、ハウジング20の内面20aの中心から若干外側へ離間した円形部分の周縁上に一端を有し、かつ、その幅が、外側になるにつれて大きくなるように、ハウジング内面20aの外縁付近まで渦状に(換言すると、湾曲状に)外に向かって延在している。また、動圧軸受用溝38は複数設けられており、それぞれがほぼ同じ形状であり、かつほぼ同じ間隔に配置されている。動圧軸受用溝38は凹状に形成されている。その深さは、0.01〜0.2mm程度が好適である。動圧軸受用溝38の数は、6〜36個程度設けることが好ましい。本実施例では、12個の動圧軸受用溝38がインペラ21の中心軸の回りに等角度に配置されている。
As shown in FIG. 6, the
動圧軸受用溝38は、ハウジング20上ではなく、インペラ21のロータ21側の面に設けてもよい。この場合の動圧軸受用溝38も、ハウジング20の面上に配置した動圧軸受用溝38と同じ構成であることが好ましい。
このような構成を有する動圧軸受用溝38は、インペラ位置制御部4の非作動時において、インペラ回転トルク発生部3側に吸引される。動圧軸受用溝38とインペラ21の底面間(もしくは、動圧軸受用溝とハウジング内面間)に形成される動圧軸受効果により、インペラ21は、ハウジング20の内面から若干離れた位置で、ハウジング20の内面に対して非接触状態にて回転し、インペラ21の下面とハウジング20の内面間に血液流路を確保する。これによって、両者間における血液の滞留およびこれに起因する血栓の発生を防止する。さらに、通常状態において、動圧軸受用溝38は、インペラ21の下面とハウジング20の内面間において攪拌作用をなし、両者間における部分的な血液滞留の発生を防止することができる。
The dynamic
The dynamic
図1において、制御機構6は、磁気カップリングモータ34のためのパワーアンプ52、モータ制御回路53、電磁石41のためのパワーアンプ54、電磁石41に印加される(流れる)電流をモニタするための電磁石電流モニタリング部57、位置センサ42のためのセンサ回路55、センサ42の出力をモニタするための位置センサ出力モニタリング部56および制御部51を備える。制御部51は、モータ電流モニタリング機能を備える。
In FIG. 1, the
本実施例では、制御機構6は、電磁石電流モニタリング部57およびセンサ出力モニタリング部56を備えているが、どちらか一方を備えるだけでもよい。
遠心式液体ポンプ装置1は、故障検出機能がセンサまたは電磁石が故障であることを検出したときに、動圧軸受用溝38を用いてインペラ21をハウジング20に対して非接触状態で回転させるように作用する非常時インペラ回転機能を備えている。
制御部51は、故障検出機能、回転停止機能、インペラ磁気吸引力付与機能、動圧浮上制御検出機能、モータ速度制御機能、およびインペラ磁気吸引力停止機能を有している。故障検出機能は、電磁石電流モニタリング部の出力あるいはセンサ出力モニタリング部の出力によりセンサの故障を判断する。回転停止機能は、故障検出機能が故障を検出したとき、モータおよび電磁石41への電力を停止し、ロータ31およびインペラ21の回転を停止させる。インペラ磁気吸引力付与機能は、永久磁石33によるロータ31のインペラ21への磁気吸引力に対して打ち勝つのに十分な大きさの電流を電磁石41に付与する。動圧浮上制御検出機能は、モータ電流モニタリング機能によってモニタされたモータ電流を利用して、インペラおよびロータの回転を検出する。モータ速度制御機能は、動圧浮上制御検出機能がインペラとロータ間に動圧軸受結合が確立したことを検出した後、モータ速度を上げてインペラの回転速度を所定値(例えば、徐々に、すなわち、連続的あるいは段階的に)まで上げる。インペラ磁気吸引力停止機能は、インペラが所定回転速度に達すると、電磁石41への電流の供給を停止する。
In the present embodiment, the
When the failure detection function detects that the sensor or the electromagnet has failed, the centrifugal
The
本実施例の遠心ポンプの制御機構6は、位置センサ出力モニタリング機能および電磁石電流モニタリング機能を備えている。制御機構6が、位置センサ(複数の系統が設けられている)の出力あるいは電磁石電流(複数の系統が設けられている)が通常取りうる範囲から逸脱したことを検出したとき、(これは、磁気浮上不能のため磁気軸受が制御できないことを意味しているのだが、)制御機構6は、磁気軸受によるインペラの非接触回転を、動圧軸受用溝38による非接触回転に移行する。
磁気軸受のセンサ系統に、デバイス破損やケーブル断線によって故障が起きた場合、センサ出力が通常取りうる範囲を逸脱する。例えば、リラクタンスセンサが断線した場合、センサ出力は、通常取りうる範囲を逸脱する。
このため本実施例の遠心式液体ポンプ装置は、センサ系統に断線が発生した時、通常レベルを超えた所定出力値を生じる機能を備えたセンサ回路を有している。具体的には、センサ回路の出力の通常取りうる範囲が、センサ出力として−1〜+1[V]の場合、センサ系統の断線時に、センサ回路の出力は+2.5[V](所定値)となる。したがって、故障検出機能は、センサ出力モニタリング機能によるセンサの出力値がセンサ系統の断線時の出力値と等しい場合に、センサが故障(断線)であることを容易かつ確実に判断することができる。
The
When a failure occurs in a sensor system of a magnetic bearing due to device breakage or cable disconnection, the sensor output deviates from the normal range. For example, when the reluctance sensor is disconnected, the sensor output deviates from the normal range.
For this reason, the centrifugal liquid pump device of this embodiment has a sensor circuit having a function of generating a predetermined output value exceeding the normal level when a disconnection occurs in the sensor system. Specifically, when the sensor circuit output is normally in the range of −1 to +1 [V] as the sensor output, the sensor circuit output is +2.5 [V] (predetermined value) when the sensor system is disconnected. It becomes. Therefore, the failure detection function can easily and reliably determine that the sensor is in failure (disconnection) when the output value of the sensor by the sensor output monitoring function is equal to the output value when the sensor system is disconnected.
センサ系統と同様に、電磁石電流系統にデバイス破損やケーブル断線による故障が起きた場合、電磁石電流系統に印加される(流れる)電流は、通常取りうる範囲を逸脱する。そのため本実施例の遠心式液体ポンプ装置は、電磁石のための回路を備えている。本実施例の電磁石用回路は、電磁石が断線した場合に不通となる形式のものが用いられる。具体的には、電磁石用回路に印加される(流れる)電流の範囲は、通常1〜2[A]である。電磁石用回路に断線が起きた場合、電流が0[A]となる。したがって、故障検出機能は、電磁石電流モニタリング機能によって電流が電磁石用回路に流れていないことがモニタされたとき、電磁石の故障(断線)を容易かつ確実に判断することができる。 Similar to the sensor system, when a failure occurs due to device breakage or cable breakage in the electromagnet current system, the current applied (flowing) to the electromagnet current system deviates from the normal range. Therefore, the centrifugal liquid pump device of this embodiment includes a circuit for an electromagnet. The electromagnet circuit of this embodiment is of a type that is disconnected when the electromagnet is disconnected. Specifically, the range of current applied (flowing) to the electromagnet circuit is usually 1 to 2 [A]. When disconnection occurs in the electromagnet circuit, the current becomes 0 [A]. Therefore, the failure detection function can easily and reliably determine the failure (disconnection) of the electromagnet when it is monitored by the electromagnet current monitoring function that no current flows through the electromagnet circuit.
本実施例の遠心式液体ポンプ装置は、複数の電磁石を備えている。電磁石モニタリング機能は個々の電磁石の電流をモニタしている。いずれか1つの電磁石に故障が生じた場合、故障検出機能は、電磁石が故障であると判断する。同様に、本実施例の遠心式液体ポンプ装置は、複数の位置センサを備えている。センサ出力モニタリング機能は、個々のセンサの出力をモニタしている。そして、いずれか1つのセンサに故障が生じた場合、故障検出機能は、位置センサが故障であると判断する。 The centrifugal liquid pump apparatus of this embodiment includes a plurality of electromagnets. The electromagnet monitoring function monitors the current of each electromagnet. When any one of the electromagnets has a failure, the failure detection function determines that the electromagnet has a failure. Similarly, the centrifugal liquid pump device of the present embodiment includes a plurality of position sensors. The sensor output monitoring function monitors the output of each sensor. Then, when a failure occurs in any one of the sensors, the failure detection function determines that the position sensor is in failure.
動圧浮上制御用溝からなる動圧軸受は、動圧軸受用溝によって生じる圧力によってインペラ21とハウジング20とを非接触に保持する方式であり、これによって、動圧軸受結合を確立する。しかしながら、回転を可能とするには、インペラとロータ間の磁気的結合は、正常でなければならない。磁気軸受の制御機構に故障が生じると、インペラとローラ間の磁気的結合は異常となる。本発明の遠心式液体ポンプ装置では、インペラ速度(ロータ速度)が1000〜3000rpm、好ましくは、約1200rpmのときに、インペラは、動圧軸受用溝によって安定した非接触回転が達成される。
The dynamic pressure bearing including the dynamic pressure levitation control groove is a system in which the
故障の検出後に作動する非常用インペラ回転機能について下記にて詳細に説明する。
本発明の遠心式液体ポンプ装置において、故障検出機能が故障を検出したとき、モータと電磁石への電流供給は停止され、インペラの回転が停止するのを待機する。その結果、インペラ21は、ロータ31に向かって吸引され、永久磁石33からのバランスしていない磁気吸引力によってハウジング20の内面に近接する。すなわち、インペラ21は、ロータ31に対して磁気的に強く吸引されるようになり、自由に回転できないような強い摩擦力に捕らえられることになる。
The emergency impeller rotation function that operates after detection of a failure will be described in detail below.
In the centrifugal liquid pump device of the present invention, when the failure detection function detects a failure, the current supply to the motor and the electromagnet is stopped, and the impeller rotation is stopped. As a result, the
インペラ磁気吸引力付与機能は、永久磁石33によるロータ31のインペラ21への磁気吸引力に対して打ち勝つのに十分な大きさの電流を電磁石41に印加し、インペラ21をロータ31から解放する。インペラの磁石への結合が弱まると、インペラは回転可能となり、動圧制御機構が作用することになる。吸引力を発生するために電磁石41に印加される初期電流は、パルス幅変調(PWM;Pulse Width Modulation)制御により10%デューティサイクル、すなわち所定時間あたりの10%(所定時間中の10%)印加するのが好ましい。
The impeller magnetic attraction force applying function applies an electric current large enough to overcome the magnetic attraction force of the permanent magnet 33 to the
10%継続(連続)電流を電磁石コイルに印加し吸引力を発生させた後、例えば4.4ボルトの所定起動電圧をモータに印加することによってインペラの回転を開始するための第1の試行を行う。第1の試行後、モータによってインペラが回転しなかった場合には、吸引力のための継続時間を、好ましくは1%ずつ、例えば11%ディユーティサイクルまで増やして、インペラの回転を開始するための第2の試行を行う。このプロセスはインペラが回転するまで、あるいは、継続時間パーセントの上限、例えば時間で20%に達するまで繰り返す。つまり、非常用インペラ回転機能におけるインペラ磁気吸引力付与機能は、上述したインペラ磁気吸引力を付与するための電磁石電流の付与とともにもしくは若干遅れてモータに電圧を供給する機能を備えている。インペラ磁気吸引力付与機能は、言い換えれば、インペラ磁気吸引力付与およびモータ回転再開機能といえる。特に、この実施例では、インペラ磁気吸引力付与機能(インペラ磁気吸引力付与およびモータ回転再開機能)は、モータに対し所定モータ電圧の印加および電磁石に対する所定電磁石電流(所定PWM)の付与を行う第1の試行と、この第1の試行においてインペラが回転しない場合に、上記所定モータ電圧の維持かつ電磁石電流を上記の所定PWMより徐々にあげていく第2の試行を行うものとなっている。 After applying a 10% continuous (continuous) current to the electromagnetic coil to generate an attractive force, a first attempt is made to start the impeller rotation by applying a predetermined starting voltage of, for example, 4.4 volts to the motor. Do. If the impeller is not rotated by the motor after the first trial, to increase the duration for the suction force, preferably by 1%, for example up to 11% duty cycle, to start the impeller rotation The second trial is performed. This process is repeated until the impeller rotates or until an upper limit of duration percent is reached, eg, 20% in time. That is, the impeller magnetic attraction force applying function in the emergency impeller rotating function has a function of supplying a voltage to the motor with or slightly after the application of the electromagnet current for applying the impeller magnetic attraction force. In other words, the impeller magnetic attractive force applying function can be said to be an impeller magnetic attractive force applying and motor rotation restart function. In particular, in this embodiment, the impeller magnetic attraction force application function (impeller magnetic attraction force application and motor rotation restart function) applies a predetermined motor voltage to the motor and applies a predetermined electromagnet current (predetermined PWM) to the electromagnet. When the impeller does not rotate in the first trial and the first trial, a second trial is performed in which the predetermined motor voltage is maintained and the electromagnet current is gradually increased from the predetermined PWM.
インペラとロータの回転を検出するための動圧浮上制御検出機能およびモータ電流モニタリング機能によってモニタされるモータ電流を用いることによって、インペラ21とロータ31の間の動圧浮上制御を検出することができる。より詳しくは、インペラ21とロータ31の間の動圧浮上制御が達成されたとき、すなわち、動圧軸受結合があるとき、モータへの負荷が大きくなる。その結果、モータ電流は増え、動圧軸受状況下において両者間における正常な磁気回転結合を検出することができる。
The dynamic pressure levitation control between the
本発明の遠心式液体ポンプ装置は、モータ速度を上げてインペラの回転速度を所定値まで(例えば、徐々に、すなわち、連続的にあるいは段階的に)上げるモータ速度制御機能を有している。モータ速度制御機能は、動圧浮上制御検出機能が、インペラとロータ間にて動圧軸受結合がなされたことを検出した後に作用する。このモータ速度制御機能は、モータ速度を所定値 (少なくとも、動圧軸受用溝によってインペラが実質的に非接触で回転できるモータ速度)まで上げる。遠心式液体ポンプ装置(換言すれば、制御機構)は、故障検出機能が故障を検出したときの、あるいは、故障検出機能が故障を検出したときの近傍における、モータの速度を記憶する機能を有することが好ましい。また、モータ速度制御機能は、モータ速度を、モータ速度記憶機能が記憶したモータ速度まで、あるいは所定速度まで上げるのが好ましい。 The centrifugal liquid pump device of the present invention has a motor speed control function that increases the motor speed to increase the rotation speed of the impeller to a predetermined value (for example, gradually, that is, continuously or stepwise). The motor speed control function operates after the dynamic pressure levitation control detection function detects that the dynamic pressure bearing is coupled between the impeller and the rotor. This motor speed control function increases the motor speed to a predetermined value (at least the motor speed at which the impeller can be rotated substantially in a non-contact manner by the hydrodynamic bearing groove). The centrifugal liquid pump device (in other words, the control mechanism) has a function of storing the motor speed when the failure detection function detects a failure or in the vicinity when the failure detection function detects a failure. It is preferable. The motor speed control function preferably increases the motor speed to the motor speed stored by the motor speed storage function or to a predetermined speed.
インペラ磁気吸引力停止機能は、インペラが所定の回転速度になったとき、電磁石41への電流の供給を停止する。このように、故障検出機能がセンサ42または電磁石41の故障を検出したとき、遠心式液体ポンプ装置の非常用インペラ回転機能は、ロータ31を回転させる。このとき、インペラ21は、吸引力で電磁石41に吸引されることによってロータ配置側の反対側のハウジング20の面と接触している。この非常用インペラ回転機能は、インペラ21がロータ側のハウジングの内面と接触している状態を解除し、好ましくは動圧軸受によるインペラ21の回転へとシフトさせる。インペラの動圧制御が確立した後には、磁気的吸引力を継続させる必要はなく、したがって、電磁石への電流の供給を停止する。
The impeller magnetic attractive force stop function stops the supply of current to the
図8に示す非常用インペラ回転制御モードおよび、図7Aと図7Bに示すようなそのタイミングを下記にて説明する。
制御部51の故障検出機能が、センサ42または電磁石41の故障を検出したとき(ステップ11)、図8に示すように、非常用回転制御モードが開始され、電磁石およびモータの作動が停止される(ステップ12)。その後、電磁石継続時間が所定レベルで開始されインペラ21とロータ31が非接触状態となる。電磁石のうち、1つまたは2つ、特定の構造によってはそれ以上が故障したとき、残りの電磁石を使用することによって、そのような状態が発生する。つまり、この実施例のポンプ本体は、複数(具体的には3つ)の電磁石を備えている。さらに、制御機能6は、電磁石電流モニタリング機能を備えている。さらに、制御機能6における電磁石電流モニタリング機能は、各電磁石の故障を検知可能に個々に設けられているもしくは1つの電磁石電流モニタリング機能のみ有するものであってかついずれの電磁石が故障しているのか制御部51が判定可能なものであることが好ましい。このように、故障した電磁石を制御部51が特定できる場合には、インペラ磁気吸引力付与機能は、故障してない電磁石を用いてその機能を作動させる。また、制御機能6としては、電磁石電流モニタリング機能により電磁石の故障を検知できるものの故障電磁石を特定できないものであってもよい。この場合には、インペラ磁気吸引力付与機能は、すべての電磁石が故障していないものとしてその機能を作動させる。
The emergency impeller rotation control mode shown in FIG. 8 and its timing as shown in FIGS. 7A and 7B will be described below.
When the failure detection function of the
その後、この状態で、モータは所定モータ電圧で回転する。換言すれば、ステップ13およびステップ14において、インペラがロータと非接触状態となるようにモータが回転する。モータのパワーが小さすぎた場合、あるいは、例えば摩擦が大きいため、モータによってインペラが回転できない場合、磁気的吸引力を大きくし、それによってインペラの摩擦力を小さくするため、電磁石継続時間を一定量ずつ、例えば、1%ずつ増やしていく。
制御部51の動圧浮上制御検出機能は、図8のステップ15に示すように、インペラ浮上結合が確立したと判断した場合、そして、インペラの所定回転速度が所定値、すなわち、1200rpmに到達したとき、インペラ磁気吸引力停止機能は、電磁石41への電流の供給を停止する。その後、インペラの所望回転が、ステップ16にて示されるように、シングル・フォルト・リカバリ(SFR)モードで維持され、浮上結合の不調をモニタし続ける。
Thereafter, in this state, the motor rotates at a predetermined motor voltage. In other words, in Step 13 and
The dynamic pressure levitation control detection function of the
本発明の遠心式液体ポンプ装置は、位置センサ出力モニタリング機能または電磁石電流モニタリング機能と、モータ電流モニタリング機能と、上記位置センサ出力モニタリング機能を用いてセンサの故障を判断する、または上記電磁石電流モニタリング機能を用いて電磁石の故障を判断するための故障検出機能と、故障検出機能がセンサの故障もしくは電磁石の故障を検出したとき、動圧軸受用溝を利用してインペラとハウジングが実質的に非接触状態でインペラが回転するように作用する非常用インペラ回転機能とを備えている。非常用インペラ回転機能は、故障検出機能が故障を検出したとき、モータと電磁石41への電力の供給を停止し、ロータ31およびインペラ21の回転を停止させる回転停止機能と、永久磁石33によって生じるインペラ21に対するロータ31の磁気吸引力に打ち勝つのに十分な大きさの電流を電磁石41に印加するインペラ磁気吸引力印加機能と、モータ電流モニタリング機能によってモニタされたモータ電流を利用してインペラとロータの回転を検出する動圧浮上制御検出機能と、動圧浮上制御検出機能が、インペラとロータ間に動圧軸受結合が形成されたと検出した後、モータ速度を上げてインペラの回転速度を所定値(例えば、徐々に、すなわち、連続的にあるいは段階的に)まで上げるモータ速度制御機能と、インペラの回転速度が所定値になったとき、電磁石41への電流の供給を停止するインペラ磁気吸引力停止機能とを有している。
The centrifugal liquid pump device according to the present invention uses the position sensor output monitoring function or the electromagnetic current monitoring function, the motor current monitoring function, and the position sensor output monitoring function to determine a sensor failure, or the electromagnetic current monitoring function. The failure detection function for judging the failure of the electromagnet using the sensor, and when the failure detection function detects the failure of the sensor or the failure of the electromagnet, the impeller and the housing are substantially non-contact using the groove for the hydrodynamic bearing And an emergency impeller rotating function that operates so that the impeller rotates in a state. The emergency impeller rotation function is caused by the rotation stop function for stopping the rotation of the
したがって、磁気軸受の制御系を構成する位置センサあるいは電磁石にトラブルが発生し、故障あるいは他の不調を起こしたとき、磁気軸受によるインペラの回転から動圧軸受用溝によって発生した圧力を利用した回転へと移行することができる。よって、液体の供給を維持することができる。 Therefore, when trouble occurs in the position sensor or electromagnet that constitutes the control system of the magnetic bearing, or when a failure or other malfunction occurs, rotation using the pressure generated by the groove for the hydrodynamic bearing from the rotation of the impeller by the magnetic bearing Can be moved to. Therefore, the supply of liquid can be maintained.
他の実施例では、図9に示すように、同様にハウジング20に対して非接触状態で回転するインペラ21’を使用する。インペラ21’は、インペラ21’のロータ31側の面に設けられた動圧軸受用溝38がない点を除いてインペラ21とほぼ同じである。その代わり、インペラ21’は、ロータ31側に複数の動圧軸受用段差200を備えており、また、ハウジング20のロータ31側の内面は実質的に滑らかになっている。第1の実施例におけるインペラ21について上述したように、段差200とハウジングの内面との間に発生した動圧軸受効果によって、インペラ21’は、ハウジング20の内面と接触することなく、この内面から若干離れた位置で回転し、これによってインペラ21’の底面とハウジング20の内面との間に血液通路を形成することができる。インペラ21’を有する遠心式液体ポンプ装置の機能および作用は、動圧軸受用溝38ではなく段差200が動圧軸受を形成する以外は、上述の機能および作用と同じである。
In another embodiment, as shown in FIG. 9, an
本発明の好適な形態について説明したが、本発明の精神から逸脱することなく変更できることが明らかなことは、当業者には理解できるであろう。 While preferred forms of the invention have been described, it will be apparent to those skilled in the art that modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
1 遠心式液体ポンプ装置
5 ポンプ本体
6 制御機構
21 インペラ
25 第1の磁性体
28 第2の磁性体
31 ロータ
33 磁石
34 モータ
38 動圧軸受用溝
41 電磁石
42 位置センサ
51 制御部
56 位置センサ出力モニタリング部
57 電磁石電流モニタリング部
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記ポンプ本体は、液体流入ポートおよび液体流出ポートを有する前記ハウジングと、第1の磁性体および第2の磁性体を有し、かつ前記ハウジング内で回転して回転時に発生する遠心力によって液体を送液する前記インペラを有する遠心ポンプ部と、前記インペラの前記第1の磁性体を吸引する磁石を有するロータと前記ロータを回転するためのモータを有するインペラ回転トルク発生部と、前記インペラの前記第2の磁性体を吸引するための電磁石を有するインペラ位置制御部と、前記インペラの位置を検出するための位置センサと、前記ハウジングの前記ロータ側の内面、または、前記インペラの前記ロータ側の面に設けられた動圧軸受手段とを有し、
前記制御機構は、位置センサ出力モニタリング機能または電磁石電流モニタリング機能と、モータ電流モニタリング機能と、前記位置センサ出力モニタリング機能を使用して前記センサの故障を判断するための、または、前記電磁石電流モニタリング機能を使用して前記電磁石の故障を判断するための故障検出機能と、前記故障検出機能が前記センサの故障を検出したとき、または前記電磁石の故障を検出したとき、前記動圧軸受手段を使用して前記インペラと前記ハウジングとが実質的に接触することなく前記インペラを回転するように作用する非常用インペラ回転機能とを有し、
前記非常用インペラ回転機能は、前記故障検出機能が故障を検出したとき、前記モータおよび前記電磁石への電力の供給を停止し、前記ロータおよび前記インペラの回転を停止させる回転停止機能と、前記磁石によって発生する前記ロータの前記インペラに対する前記磁気結合力に打ち勝つのに十分な大きさの電流を前記電磁石に供給するインペラ磁気吸引力付与機能と、前記モータ電流モニタリング機能によってモニタされたモータ電流を利用して、動圧軸受結合を検出し、それによって動圧軸受状況下における前記インペラおよび前記ロータの磁気回転結合を検出する動圧浮上制御検出機能と、前記動圧浮上制御検出機能が、前記インペラおよび前記ロータ間に前記動圧軸受結合が形成されたことを検出した後、前記モータ速度を上げ、それによって前記インペラ回転速度を所定値まで上げるためのモータ速度制御機能と、前記インペラ回転速度が前記所定値に達したときに、前記電磁石に対する電流の供給を停止するインペラ磁気吸引力停止機能とを有することを特徴とする遠心式液体ポンプ装置。 A centrifugal liquid pump device having a pump body in which an impeller rotates without contacting a housing, and a control mechanism of the pump body,
The pump body includes the housing having a liquid inflow port and a liquid outflow port, a first magnetic body, and a second magnetic body, and rotates the liquid in the housing by centrifugal force generated during rotation. A centrifugal pump unit having the impeller for feeding liquid, a rotor having a magnet for attracting the first magnetic body of the impeller, an impeller rotational torque generating unit having a motor for rotating the rotor, and the impeller An impeller position control unit having an electromagnet for attracting the second magnetic body, a position sensor for detecting the position of the impeller, an inner surface of the housing on the rotor side, or the rotor side of the impeller Hydrodynamic bearing means provided on the surface,
The control mechanism uses a position sensor output monitoring function or an electromagnetic current monitoring function, a motor current monitoring function, and the position sensor output monitoring function to determine a failure of the sensor, or the electromagnetic current monitoring function. A failure detection function for determining a failure of the electromagnet using the dynamic pressure bearing means when the failure detection function detects a failure of the sensor or when the failure detection function detects a failure of the electromagnet. An impeller rotating function for emergency that acts to rotate the impeller without substantial contact between the impeller and the housing,
The emergency impeller rotation function includes: a rotation stop function that stops supply of power to the motor and the electromagnet and stops rotation of the rotor and the impeller when the failure detection function detects a failure; and the magnet The impeller magnetic attraction force applying function that supplies the electromagnet with a current large enough to overcome the magnetic coupling force of the rotor generated by the impeller and the motor current monitored by the motor current monitoring function is used. Then, the dynamic pressure levitation control detection function for detecting the dynamic pressure bearing coupling and thereby detecting the magnetic rotation coupling of the impeller and the rotor under the dynamic pressure bearing condition, and the dynamic pressure levitation control detection function include the impeller And detecting that the hydrodynamic bearing coupling is formed between the rotors, and increasing the motor speed, Accordingly, a motor speed control function for increasing the impeller rotational speed to a predetermined value, and an impeller magnetic attractive force stop function for stopping the supply of current to the electromagnet when the impeller rotational speed reaches the predetermined value. A centrifugal liquid pump device comprising:
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